[发明专利]一种大规模MIMO系统的大尺度衰落估计方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于通信系统领域，特别涉及面向大规模阵列天线通信系统的大尺度衰落估计方法。

背景技术

目前已经得到实际应用的多输入多输出(MIMO)技术一般是基于较少数目的天线阵列(通常少于10个阵元)。近年来，一种新的技术即大规模阵列MIMO(Massive MIMO)技术得到了广泛关注。其最主要特征在于天线阵列的阵元数量得到显著增加，一般达到几十甚至上百个阵元。基于这种天线的通信系统通过简单的信号处理即可实现系统传输可靠性和信息传输速率的显著提高。即假设基站具有理想信道状态信息的条件下(此时各用户到基站的信道是两两正交的)，通过简单的线性处理(例如，最大比合并或者迫零处理)，在无需较多的频谱资源下就可消除其他用户的干扰。这样的处理极大地提高了频谱效率。此外，在基站通过使用一个非常大的天线阵，可以大大降低单个天线单元的发射功率，从而显著减少系统传输所消耗的总能量。

然而，实际应用中，基站往往并不具备理想信道状态信息条件，因此，一般仍会采用传统的基于导频训练序列的方法来进行信道估计以获得上行信道的真实状态。在蜂窝系统常见的多小区场景中，由于导频传输的频谱资源分配和信道相干时间都是有限的，正交的导频序列的数量也是有限的。因此，导频序列必须在其他小区的用户中重复利用。所以，给定小区内的信道估计将被其他小区内的导频传输所污染，从而导致严重的导频污染，影响了系统的实际性能。因此，很多研究人员提出了各种信道估计方法以降低导频污染的影响，提高信道估计的准确性。

考虑到缓解导频污染在保证大规模MIMO系统性能上的重要性，相关研究人员提出了一些解决方法，包括最优化的导频设计和分配，先进的上行信道估计方法以及下行链路预编码等。

最优化的导频设计方面，一种方法是通过利用大规模MIMO系统中信道向量的正交性，提出了一种导频设计标准和基于导频的Chu序列。基于所提出的导频设计方法，一个小区内大多数终端的信道估计仅仅被部分邻小区干扰而不是所有邻小区。因此，导频污染得到了缓解。此外，在整个网络系统中还可以协调使用导频或者自适应根据不同终端来分配导频，从而进一步降低导频污染水平。

在下行预编码技术方面，目前在网络架构中考虑的如导频污染预编码等新的预编码技术，能够利用多小区间的协作传输(波束形成之外的操作)来缓解导频污染的至少部分直接干扰。不同于多小区协作波束赋形方法(该方法需要知道各干扰小区基站天线到被干扰小区用户终端天线之间的实际衰落信道信息)，导频污染预编码仅仅需要相应的信道慢衰落系数。

从信道估计方法上来看，目前主要采用的仍然是采用传统的最小二乘(LS)和最小均方误差(MMSE)准则的信道估计算法。

目前的上行信道估计算法的目标是精确地估计出目标终端到目标小区的信道特征(具体指信道的多径衰落特征)，从而为上行的数据解调和下行数据传输服务。

目前所见的各类针对massive MIMO系统的上行信道估计算法，都会用到信道的大尺度衰落(即用户终端到基站的路径损耗和阴影衰落)。而为了简化其研究，一般都假设各用户(包括本小区和邻区用户)到本小区基站的信道的大尺度衰落都是完全已知的，仅仅各用户到基站传播路径上的快衰落是未知的，并基于接收信号、导频信号和大尺度衰落进行快衰落的估计。而这在实际系统中是无法实现的，因为随着各用户位置的不断移动，路径损耗和阴影衰落都是在不断变化而且对基站来说是未知的。因为，为了保证现有的上行信道估计方法可以应用于实际的大规模阵列MIMO系统中，需要设计出可行的方法对本小区和邻小区各用户终端到本小区基站的信道的大尺度衰落进行精确的估计和跟踪。

发明内容

有鉴于此，本发明提出的一种面向大规模阵列天线通信系统的大尺度衰落估计方法，的目的是可有效解决大规模阵列MIMO系统中的各用户到基站天线的大尺度衰落的估算问题，为进一步进行信道的小尺度衰落的精确估计提供了基础。且本方法实现简单，具有较好的可实现性。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种大规模MIMO系统的大尺度衰落估计方法与装置，包括：

步骤A：各小区的初始信道估计的预处理

在对各小区进行初始信道估计之前，先利用各小区的系统矩阵计算得到初始信道估计所需要用到的估计矩阵并存储下来备用。

进一步，所述步骤A具体包括：

步骤a1：构造系统矩阵

基于各小区分配的可用导频序列，分别构造出各小区的系统矩阵Ψ_j，(j为小区编号，j＝1，2，…，L，L为一个本地网所包含的小区总数)